Perpetual Pavement Instrumentation for the Marquette Interchange Project-Phase 1

This report provides details on the design, installation and monitoring of a pavement instrumentation system for the analysis of load-induced stresses and strains within a perpetual HMA pavement system. The HMA pavement was constructed as part of an urban highway improvement project in the City of Milwaukee, Wisconsin. The outer wheel path of the outside lane was instrumented with asphalt strain sensors, base and subgrade pressure sensors, subgrade moisture and temperature sensors, HMA layer temperature sensors, traffic wander strips and a weigh in motion system. Environmental sensors for air temperature, wind speed and solar radiation are also included. The system captures the pavement response from each axle loading and transmits the data through a wireless link to a resident database at Marquette University. The collected data will be used to estimate the fatigue life of the perpetual HMA pavement and to modify, as necessary, pavement design procedures used within the State of Wisconsin

Marquette Interchange Phase I Final Report

This report provides details on the design, installation and monitoring of a pavement instrumentation system for the analysis of load-induced stresses and strains within a perpetual HMA pavement system. The HMA pavement was constructed as part of an urban highway improvement project in the City of Milwaukee, Wisconsin. The outer wheel path of the outside lane was instrumented with asphalt strain sensors, base and subgrade pressure sensors, subgrade moisture and temperature sensors, HMA layer temperature sensors, traffic wander strips and a weigh in motion system. Environmental sensors for air temperature, wind speed and solar radiation are also included. The system captures the pavement response from each axle loading and transmits the data through a wireless link to a resident database at Marquette University. The collected data will be used to estimate the fatigue life of the perpetual HMA pavement and to modify, as necessary, pavement design procedures used within the State of Wisconsin

Model Checking Trust-based Multi-Agent Systems

Trust has been the focus of many research projects, both theoretical and practical, in the recent years, particularly in domains where open multi-agent technologies are applied (e.g., Internet-based markets, Information retrieval, etc.). The importance of trust in such domains arises mainly because it provides a social control that regulates the relationships and interactions among agents. Despite the growing number of various multi-agent applications, they still encounter many challenges in their formal modeling and the verification of agents’ behaviors. Many formalisms and approaches that facilitate the specifications of trust in Multi-Agent Systems (MASs) can be found in the literature. However, most of these approaches focus on the cognitive side of trust where the trusting entity is normally capable of exhibiting properties about beliefs, desires, and intentions. Hence, the trust is considered as a belief of an agent (the truster) involving ability and willingness of the trustee to perform some actions for the truster. Nevertheless, in open MASs, entities can join and leave the interactions at any time. This means MASs will actually provide no guarantee about the behavior of their agents, which makes the capability of reasoning about trust and checking the existence of untrusted computations highly desired. This thesis aims to address the problem of modeling and verifying at design time trust in MASs by (1) considering a cognitive-independent view of trust where trust ingredients are seen from a non-epistemic angle, (2) introducing a logical language named Trust Computation Tree Logic (TCTL), which extends CTL with preconditional, conditional, and graded trust operators along with a set of reasoning postulates in order to explore its capabilities, (3) proposing a new accessibility relation which is needed to define the semantics of the trust modal operators. This accessibility relation is defined so that it captures the intuition of trust while being easily computable, (4) investigating the most intuitive and efficient algorithm for computing the trust set by developing, implementing, and experimenting different model checking techniques in order to compare between them in terms of memory consumption, efficiency, and scalability with regard to the number of considered agents, (5) evaluating the performance of the model checking techniques by analyzing the time and space complexity. The approach has been applied to different application domains to evaluate its computational performance and scalability. The obtained results reveal the effectiveness of the proposed approach, making it a promising methodology in practice

Isomorphism Checking for Symmetry Reduction

In this paper, we show how isomorphism checking can be used as an effective technique for symmetry reduction. Reduced state spaces are equivalent to the original ones under a strong notion of bisimilarity which preserves the multiplicity of outgoing transitions, and therefore also preserves stochastic temporal logics. We have implemented this in a setting where states are arbitrary graphs. Since no efficiently computable canonical representation is known for arbitrary graphs modulo isomorphism, we define an isomorphism-predicting hash function on the basis of an existing partition refinement algorithm. As an example, we report a factorial state space reduction on a model of an ad-hoc network connectivity protocol

Strategy Logic with Simple Goals: Tractable Reasoning about Strategies

peer reviewe

Umbilical cord blood-derived CD11c+ dendritic cells could serve as an alternative allogeneic source of dendritic cells for cancer immunotherapy

Schematics for Streptamer staining. CTLs cytotoxic T lymphocytes. (TIFF 2289 kb

Formal methods applied to the analysis of phylogenies: Phylogenetic model checking

Los árboles filogenéticos son abstracciones útiles para modelar y caracterizar la evolución de un conjunto de especies o poblaciones respecto del tiempo. La proposición, verificación y generalización de hipótesis sobre un árbol filogenético inferido juegan un papel importante en el estudio y comprensión de las relaciones evolutivas. Actualmente, uno de los principales objetivos científicos es extraer o descubrir los mensajes biológicos implícitos y las propiedades estructurales subyacentes en la filogenia. Por ejemplo, la integración de información genética en una filogenia ayuda al descubrimiento de genes conservados en todo o parte del árbol, la identificación de posiciones covariantes en el ADN o la estimación de las fechas de divergencia entre especies. Consecuentemente, los árboles ayudan a comprender el mecanismo que gobierna la deriva evolutiva. Hoy en día, el amplio espectro de métodos y herramientas heterogéneas para el análisis de filogenias enturbia y dificulta su utilización, además del fuerte acoplamiento entre la especificación de propiedades y los algoritmos utilizados para su evaluación (principalmente scripts ad hoc). Este problema es el punto de arranque de esta tesis, donde se analiza como solución la posibilidad de introducir un entorno formal de verificación de hipótesis que, de manera automática y modular, estudie la veracidad de dichas propiedades definidas en un lenguaje genérico e independiente (en una lógica formal asociada) sobre uno de los múltiples softwares preparados para ello. La contribución principal de la tesis es la propuesta de un marco formal para la descripción, verificación y manipulación de relaciones causales entre especies de forma independiente del código utilizado para su valoración. Para ello, exploramos las características de las técnicas de model checking, un paradigma en el que una especificación expresada en lógica temporal se verifica con respecto a un modelo del sistema que representa una implementación a un cierto nivel de detalle. Se ha aplicado satisfactoriamente en la industria para el modelado de sistemas y su verificación, emergiendo del ámbito de las ciencias de la computación. Las contribuciones concretas de la tesis han sido: A) La identificación e interpretación de los árboles filogeneticos como modelos de la evolución, adaptados al entorno de las técnicas de model checking. B) La definición de una lógica temporal que captura las propiedades filogenéticas habituales junto con un método de construcción de propiedades. C) La clasificación de propiedades filogenéticas, identificando categorías de propiedades según estén centradas en la estructura del árbol, en las secuencias o sean híbridas. D) La extensión de las lógicas y modelos para contemplar propiedades cuantitativas de tiempo, probabilidad y de distancias. E) El desarrollo de un entorno para la verificación de propiedades booleanas, cuantitativas y paramétricas. F) El establecimiento de los principios para la manipulación simbolica de objetos filogenéticos, p. ej., clados. G) La explotación de las herramientas de model checking existentes, detectando sus problemas y carencias en el campo de filogenia y proponiendo mejoras. H) El desarrollo de técnicas "ad hoc" para obtener ganancia de complejidad alrededor de dos frentes: distribución de los cálculos y datos, y el uso de sistemas de información. Los puntos A-F se centran en las aportaciones conceptuales de nuestra aproximación, mientras que los puntos G-H enfatizan la parte de herramientas e implementación. Los contenidos de la tesis están contrastados por la comunidad científica mediante las siguientes publicaciones en conferencias y revistas internacionales. La introducción de model checking como entorno formal para analizar propiedades biológicas (puntos A-C) ha llevado a la publicación de nuestro primer artículo de congreso [1]. En [2], desarrollamos la verificación de hipótesis filogenéticas sobre un árbol de ejemplo construido a partir de las relaciones impuestas por un conjunto de proteínas codificadas por el ADN mitocondrial humano (ADNmt). En ese ejemplo, usamos una herramienta automática y genérica de model checking (punto G). El artículo de revista [7] resume lo básico de los artículos de congreso previos y extiende la aplicación de lógicas temporales a propiedades filogenéticas no consideradas hasta ahora. Los artículos citados aquí engloban los contenidos presentados en las Parte I--II de la tesis. El enorme tamaño de los árboles y la considerable cantidad de información asociada a los estados (p.ej., la cadena de ADN) obligan a la introducción de adaptaciones especiales en las herramientas de model checking para mantener un rendimiento razonable en la verificación de propiedades y aliviar también el problema de la explosión de estados (puntos G-H). El artículo de congreso [3] presenta las ventajas de rebanar el ADN asociado a los estados, la partición de la filogenia en pequeños subárboles y su distribución entre varias máquinas. Además, la idea original del model checking rebanado se complementa con la inclusión de una base de datos externa para el almacenamiento de secuencias. El artículo de revista [4] reúne las nociones introducidas en [3] junto con la implementación y resultados preliminares presentados [5]. Este tema se corresponde con lo presentado en la Parte III de la tesis. Para terminar, la tesis reaprovecha las extensiones de las lógicas temporales con tiempo explícito y probabilidades a fin de manipular e interrogar al árbol sobre información cuantitativa. El artículo de congreso [6] ejemplifica la necesidad de introducir probabilidades y tiempo discreto para el análisis filogenético de un fenotipo real, en este caso, el ratio de distribución de la intolerancia a la lactosa entre diversas poblaciones arraigadas en las hojas de la filogenia. Esto se corresponde con el Capítulo 13, que queda englobado dentro de las Partes IV--V. Las Partes IV--V completan los conceptos presentados en ese artículo de conferencia hacia otros dominios de aplicación, como la puntuación de árboles, y tiempo continuo (puntos E-F). La introducción de parámetros en las hipótesis filogenéticas se plantea como trabajo futuro. Referencias [1] Roberto Blanco, Gregorio de Miguel Casado, José Ignacio Requeno, and José Manuel Colom. Temporal logics for phylogenetic analysis via model checking. In Proceedings IEEE International Workshop on Mining and Management of Biological and Health Data, pages 152-157. IEEE, 2010. [2] José Ignacio Requeno, Roberto Blanco, Gregorio de Miguel Casado, and José Manuel Colom. Phylogenetic analysis using an SMV tool. In Miguel P. Rocha, Juan M. Corchado Rodríguez, Florentino Fdez-Riverola, and Alfonso Valencia, editors, Proceedings 5th International Conference on Practical Applications of Computational Biology and Bioinformatics, volume 93 of Advances in Intelligent and Soft Computing, pages 167-174. Springer, Berlin, 2011. [3] José Ignacio Requeno, Roberto Blanco, Gregorio de Miguel Casado, and José Manuel Colom. Sliced model checking for phylogenetic analysis. In Miguel P. Rocha, Nicholas Luscombe, Florentino Fdez-Riverola, and Juan M. Corchado Rodríguez, editors, Proocedings 6th International Conference on Practical Applications of Computational Biology and Bioinformatics, volume 154 of Advances in Intelligent and Soft Computing, pages 95-103. Springer, Berlin, 2012. [4] José Ignacio Requeno and José Manuel Colom. Model checking software for phylogenetic trees using distribution and database methods. Journal of Integrative Bioinformatics, 10(3):229-233, 2013. [5] José Ignacio Requeno and José Manuel Colom. Speeding up phylogenetic model checking. In Mohd Saberi Mohamad, Loris Nanni, Miguel P. Rocha, and Florentino Fdez-Riverola, editors, Proceedings 7th International Conference on Practical Applications of Computational Biology and Bioinformatics, volume 222 of Advances in Intelligent Systems and Computing, pages 119-126. Springer, Berlin, 2013. [6] José Ignacio Requeno and José Manuel Colom. Timed and probabilistic model checking over phylogenetic trees. In Miguel P. Rocha et al., editors, Proceedings 8th International Conference on Practical Applications of Computational Biology and Bioinformatics, Advances in Intelligent and Soft Computing. Springer, Berlin, 2014. [7] José Ignacio Requeno, Gregorio de Miguel Casado, Roberto Blanco, and José Manuel Colom. Temporal logics for phylogenetic analysis via model checking. IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10(4):1058-1070, 2013

Design Time Methodology for the Formal Modeling and Verification of Smart Environments

Smart Environments (SmE) are intelligent and complex due to smart connectivity and interaction of heterogeneous devices achieved by complicated and sophisticated computing algorithms. Based on their domotic and industrial applications, SmE system may be critical in terms of correctness, reliability, safety, security and other such vital factors. To achieve error-free and requirement-compliant implementation of these systems, it is advisable to enforce a design process that may guarantee these factors by adopting formal models and formal verification techniques at design time. The e-Lite research group at Politecnico di Torino is developing solutions for SmE based on integration of commercially available home automation technologies with an intelligent ecosystem based on a central OSGi-based gateway, and distributed collaboration of intelligent applications, with the help of semantic web technologies and applications. The main goal of my research is to study new methodologies which are used for the modeling and verification of SmE. This goal includes the development of a formal methodology which ensures the reliable implementation of the requirements on SmE, by modeling and verifying each component (users, devices, control algorithms and environment/context) and the interaction among them, especially at various stages in design time, so that all the complexities and ambiguities can be reduced